通過合金化、塑性變形和熱處理等手段提高金屬材料的強度，稱為金屬的強化。所謂強度是指材料對塑性變形和斷裂的抗力，用給定條件下材料所能承受的應(yīng)力來表示。隨試驗條件不同，強度有不同的表示方法，如室溫準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗所測定的屈服強度、流變強度、抗拉強度、斷裂強度等；壓縮試驗中的抗壓強度；彎曲試驗中的抗彎強度；疲勞試驗中的疲勞強度；高溫條件靜態(tài)拉伸所測的持久強度。每一種強度都有其特殊的物理本質(zhì)，所以金屬的強化不是籠統(tǒng)的概念，而是具體反映到某個強度指標(biāo)上。一種手段對提高某一強度指標(biāo)可能是有效的，而對另一強度指標(biāo)未必有效。影響強度的因素很多。最重要的是材料本身的成分、組織結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)；其次是受力狀態(tài)，如加力快慢、加載方式，是簡單拉伸還是反復(fù)受力，都會表現(xiàn)出不同的強度；此外，試樣幾何形狀和尺寸及試驗介質(zhì)也都有很大的影響，有時甚至是決定性的，如超高強度鋼在氫氣氛中的拉伸強度可能成倍地下降。
在本文中，強化一般是指金屬材料的室溫流變強度，即光滑試樣在大氣中、按給定的變形速率、室溫下拉伸時所能承受應(yīng)力的提高。應(yīng)強調(diào)指出：提高強度并不是改善金屬材料性能惟一的目標(biāo)，即使對金屬結(jié)構(gòu)材料來說，除了不斷提高強度以外，也還必須注意材料的綜合性能，即根據(jù)使用條件，要有足夠的塑性和韌性以及對環(huán)境與介質(zhì)的適應(yīng)性。
1 強化的理論基礎(chǔ)：
從根本上講，金屬強度來源于原子間結(jié)合力。如果一個理想晶體，在切應(yīng)力作用下沿一定晶面和晶向發(fā)生滑移形變，根據(jù)計算，此時金屬的理論切變強度一般是其切變模量的1/10～1/30。而金屬的實際強度只是這個理論強度的幾十分之一，甚至幾千分之一。例如，純鐵單晶的室溫切變強度約為5kgf/mm2，而按鐵的切變模量(5900kgf/mm2)來估算，其理論切變強度應(yīng)達650kgf/mm2。造成這樣大差異的原因曾是人們長期關(guān)注的課題。直到1934年，奧羅萬(E.Orowan)、波拉尼(M.Polanyi)和泰勒 (G.I.Taylor)分別提出晶體位錯的概念；位錯理論的發(fā)展揭示了晶體實際切變強度（和屈服強度）低于理論切變強度的本質(zhì)。在有位錯存在的情況下，切變滑移是通過位錯的運動來實現(xiàn)的，所涉及的是位錯線附近的幾列原子。而對于無位錯的近完整晶體，切變時滑移面上的所有原子將同時滑移，這時需克服的滑移面上下原子之間的鍵合力無疑要大得多。金屬的理論強度與實際強度之間的巨大差別，為金屬的強化提供了可能性和必要性?？梢哉J為實測的純金屬單晶體在退火狀態(tài)下的臨界分切應(yīng)力表示了金屬的基礎(chǔ)強度，是材料強度的下限值；而估算的金屬的理論強度是經(jīng)過強化之后所能期望達到的強度的上限。
2 強化途徑：
金屬材料的強化途徑不外兩個，一是提高合金的原子間結(jié)合力，提高其理論強度，并制得無缺陷的完整晶體，如晶須。已知鐵的晶須的強度接近理論值，可以認為這是因為晶須中沒有位錯，或者只包含少量在形變過程中不能增殖的位錯?？上М?dāng)晶須的直徑較大時(如大于5μm)，強度會急劇下降。有人解釋為大直徑晶須在生長過程中引入了可動位錯，一旦有可動位錯存在，強度就急劇下降了。從自前來看，只有少數(shù)幾種晶須作為結(jié)構(gòu)材料得到了應(yīng)用。另一強化途徑是向晶體內(nèi)引入大量晶體缺陷，如位錯、點缺陷、異類原子、晶界、高度彌散的質(zhì)點或不均勻性（如偏聚）等，這些缺陷阻礙位錯運動，也會明顯地提高金屬強度。事實證明，這是提高金屬強度最有效的途徑。
對工程材料來說，一般是通過綜合的強化效應(yīng)以達到較好的綜合性能。具體方法有固溶強化、形變強化、沉淀強化和彌散強化、細化晶粒強化、擇優(yōu)取向強化、復(fù)相強化、纖維強化和相變強化等，這些方法往往是共存的。材料經(jīng)過輻照后，也會產(chǎn)生強化效應(yīng)，但一般不把它作為強化手段。
2.1 固溶強化：
結(jié)構(gòu)用的金屬材料很少是純金屬，一般都要合金化。合金化的主要目的之一是產(chǎn)生固溶強化，另外，也可能產(chǎn)生沉淀強化、細化晶粒強化、相變強化和復(fù)相強化等，這要看合金元素的作用和熱處理條件而定。合金元素對基體的固溶強化作用決定于溶質(zhì)原子和溶劑原子在尺寸、彈性性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)和其他物理化學(xué)性質(zhì)上的差異，此外，也和溶質(zhì)原子的濃度和分布有關(guān)；固溶強化的實現(xiàn)主要是通過溶質(zhì)原子與位錯的交互作用。這些交互作用可分為四種：①溶質(zhì)原子與位錯的彈性交互作用；②電學(xué)交互作用；③化學(xué)交互作用；④幾何交互作用。
2.2 形變強化：
隨著塑性變形（或稱范性形變）量增加，金屬的流變強度也增加，這種現(xiàn)象稱為形變強化或加工硬化。形變強化是金屬強化的重要方法之一，它能為金屬材料的應(yīng)用提供安全保證，也是某些金屬塑性加工工藝所必須具備的條件（如拔制）。可以證明，在拉伸過程中，縮頸開始發(fā)生時的最大均勻形變量在數(shù)值上就等于材料的“形變強化指數(shù)”。同時，人們把開始形成縮頸時的強度命名為抗拉強度，也就是材料在塑性失穩(wěn)時的流變強度。
形變強化是位錯運動受到阻礙的結(jié)果。目前對金屬單晶體的形變強化機制已有一定了解，特別對面心立方純金屬研究較為深入。多晶金屬情況比較復(fù)雜，除晶界以外，晶粒取向也多種多樣，對其形變強化的細節(jié)至今還不很清楚?？傊巫儚娀瘺Q定于位錯運動受阻，因而強化效應(yīng)與位錯類型、數(shù)目、分布、固溶體的晶型、合金化情況、晶粒度和取向及沉淀顆粒大小、數(shù)量和分布等有關(guān)。溫度和受力狀態(tài)有時也是決定性的因素。
——本文摘自成都鋼鐵網(wǎng)
冀公網(wǎng)安備13050002001422號